Технология объектно-ориентированного проектирования

Представляет собой сочетание объектно-ориентированного и инструментального подхода к проектированию. Для решения задач проектирования предлагается технологический подход, т.е. сначала выбирается общий подход к проектированию, под который затем разрабатывается технология проектирования и далее под эту технологию разрабатывается инструментальные средства. Этот подход более полно учитывает особенности проектируемого изделия, но требует модификации при изменении объекта проектирования.

WAVE – технология

(Альтернативные варианты проектирования)

Эта технология ориентирована на целевое управление глобальными модификациями, проводимыми в больших сборках, сложных изделий и основа на единой виртуальной цифровой модели объекта проектирования. Благодаря WAVE – технологии появилась возможность создавать полное электронное описание (представление) любого сложного изделия, оперативной модификации его по ходу развития проекта и поддерживать его параллельное проектирование.

Использование всех перечисленных подходов (технологий) и их конкретная комбинация зависит от вида проектируемого изделия, причем для отдельных блоков сложного изделия может быть применима одна технология, для других – другая, для изделия в целом – третья, т.е. выбор технологии обусловлен спецификацией проекта.

Структура процесса проектирования модуля ЭВТ

1. Концептуальное проектирование

На данном этапе прорабатывается будущая стратегия всего процесса проектирования, включая выбор основополагающих характеристик изделия, определение наиболее рациональных средств проектирования, выбор технологии (технологий) проектирования.

2. Функционально – логическое проектирование

Включает проектирование функциональной и логической схем проектирования программ испытания и тестирования. В итоге мы получаем принципиально-электрическую схему устройства.

3. Конструкторское проектирование

а) аванпроектирование

· формирование множества рациональных вариантов конструкции изделия

· анализ альтернативных программных модулей выполнения последовательных проектных процедур и выбор из них наиболее приемлемых (настройка САПР на объект проектирования)

· выбор базового варианта конструкторского решения, т.е. выбор метрических и топологических параметров изделия

б) компоновка конструктивных модулей

в) размещение элементов на поверхности печатной платы

г) трассировка сигнальных соединений

4. Технологическая подготовка производства

Разработка маршрутных карт и выбор режимов работы оборудования.

5. Подготовка итоговой документации

Лекция 4

Система проектирования устройств P-CAD

Система является интегральным набором специальных программных пакетов, работающих в диалоговом режиме. Средства системы позволяют проектировать принципиальные электрические схемы, печатные платы (в том числе и многослойные), а также получать всю конструкторскую документацию.

Структурная схема системы

1. Пакет для проектирования принципиальных электрических схем и созданных образов радиоэлектронных компонент.

2. Программа извлечения списка электрических связей из графического образа принципиальной электрической схемы. В результате создается таблица соединений.

3. Программа соединения (или объединения) взаимосвязанных таблиц межэлементных соединений, находящихся в различных БД в единую базу всей принципиальной электрической схемы.

4. Программное преобразование текстового файла в библиотеки, использование в схеме компонентов.

5. Программа упаковки вентилей на кристалле микросхем и подсоединении конструктива, если это необходимо.

Конструктив – это кристалл или печатная плата, на основе которой ведется разработка. Этот пакет реализует задачу компоновки конструкторского модуля, т.е. распределение принципиальной электрической схемы по корпусу интегральных микросхем.

6. Программа автоматического или ручного размещения компонентов по полю конструктива. Основным критерием в программного размещении используется критерий минимальной средней или суммарной длины сигнального соединения, потому что этот критерий позволяет упростить задачу трассировки сигнальных соединений. Хотя сейчас более рационально считать критерий равномерности длины сигнальных соединений, т.к. он позволяет избегать появления областей на плате с очень высокой плотностью сигнальных соединений, что затрудняет задачу трассировки сигнальных соединений. Иногда указанные выше два критерия применяют для достижения наилучшего результата.

7. Программа коррекции принципиальной электрической схемы с учетом возможных изменений в результате работы программы размещения.

8. Программа автоматической трассировки сигнальных соединений с настройкой стратегии процесса трассировки (программа Specctra). В основе большинства программ трассировки лежит алгоритм Ме или волновой алгоритм.

9. Интеллектуальный графический редактор печатных плат. Редактирование рисунка топологии печатной платы.

10. Верификация топологии печатной платы на соответствие конструктивно-технологическим требованиям (контролирование ширины печатных проводников и расстояния между ними).

Кроме этих программ в системы может включаться пакет функционально-логического моделирования принципиальной схемы. В системе предусматривается возможность получения файлов для выводов чертежей на фотоплоттеры или на хост-процессоры для станков с числовым программным управлением.

Лекция 5

Алгоритм проектирования модуля в системе P-CAD

Исходными данными для проектирования являются:

1. техническое задание на разработку модуля

2. библиотека электронных компонентов

3. параметры символьных отображений компонентов, находящихся в соответствии с констуктивно-технологическими образами этих компонентов

4. перечень использования компонентов

5. принципиальная электрическая схема устройства

Этапы проектирования

(для ранних версий системы P-CAD)

1. Начальная настройка системы:

1) заготовка файла, содержащего имена всех используемых компонентов

2) все символьные отображения компонентов

3) все конструкторско-технологические отображения компонентов

4) задание ограничителя формата принципиальной электрической схемы

5) задание конструктива (размера печатной платы)

6) задание стратегии трассировки сигнальных соединений (для трассировщика Specctra)

7) все полученные данные заносятся в предварительно созданный справочник проектируемого модуля

2. Коррекция библиотек системы

Перед началом процесса проектирования необходимо убедиться, что все компоненты, используемые в данном модуле, описаны в эталонной библиотеке.

Описание состоит из двух частей:

1) создание символьного описания компонентов

· обозначение контактов элементов

· ведение контактов элементов

· установка рабочих параметров

· построение графического изображения

· задание ключевой точки (это левый нижний или правый верхний контакт микросхемы) для обозначения центра элемента, для вращения и перемещения центра

· ведение информации об упаковке вентилей в корпусе

· запись созданного описания

2) создание конструкторско-технологического образа объекта

· ведение конструкторско-технологического образа

· обозначение контактов элементов

· ведение контактов элементов

· установка рабочих параметров

· построение графического изображения

· задание ключевой точки (это левый нижний или правый верхний контакт микросхемы) для обозначения центра элемента, для вращения и перемещения центра

· ведение информации об упаковке вентилей в корпусе

· запись созданного описания

3. Построение принципиальной электрической схемы:

1) установка рабочих параметров

2) вызов файла формата чертежа

3) размещение элементов схемы на поле чертежа

4) построение графического отображения электрических связей

5) ведение конструкторских обозначений элементов

4. Выделение списка целей из принципиальной электрической схемы.

В результате создается файл электрических соединений.

5. Создание библиотеки описания элементов с помощью текстового редактора строится символьный файл, содержащий перечень используемых компонентов и соответствующих им файлов символьных и конструкторско-технологических образов.

6. Подготовка конструктива

7. Упаковка вентилей

Выполняется процедура упаковки вентилей по корпусам микросхем на основе списка электрических связей и подсоединению конструктив платы.

8. Создание базы данных проекта, в которую входят:

· конструктив с неустановленными компонентами

· командный файл для коррекции принципиальной электрической схемы

· файл ошибок

· набор файлов для программы выпуска справочно-технической документации

Все эти данные формируются автоматически в результате выполнения предыдущих процедур.

9. Размещение элементов по полю конструктива.

Задача размещения сводится к расстановке корпусов элементов на плате с учетом критерия минимальной длины сигнальных соединений, т.к. он обеспечивает более легкую трассировку сигнальных соединений.

Автоматическое размещение элементов состоит из следующих шагов:

1) настройка программы на конкретный проект

2) загрузка проекта

3) расстановка закрепленных элементов

Закрепленными называются элементы, которые в общем случае могут устанавливаться вне сетки размещения элементов (т.е. в любом месте платы и местоположение которых в дальнейшем менять нельзя)

4) указание сетки размещения элементов (шаг по горизонтали и вертикали)

5) указание элементов подлежащих автоматической установке

6) создание барьеров для размещения элементов, т.е. выделение областей, в которых размещение не допустимо (пример: отверстие для крепления в платное оборудование, расстояние от краев платы)

7) описание характеристики расположения регулярно располагаемых элементов и элементов обвязки

8) указание свободных зон вокруг размещаемых элементов

9) расстановка элементов по узлам сетки

10) улучшение качества размещения элементов путем итерационного алгоритма попарной перестановки, как самих корпусов элементов, так и взаимозамещении вентилей в различных элементах

11) ручная коррекция полученных размещений при необходимости

12) запись результатов

10. Прокладка проводников: земля и питание (как правило, на отдельном слое)

11. Формирование зон запрета на коммутационном поле платы для трассировки соединений. Эти зоны могут указывать как для каждого слоя платы отдельно, так и на все слои платы сразу, тогда они имеют одинаковую конфигурацию.

12. Трассировка сигнальных соединений

Самый сложный этап во всем цикле проектирования.

1) настройка параметров трассировки (ширина и расстояние между соседними проводниками)

2) настройка параметров алгоритма трассировки

· выбор весовых коэффициентов алгоритма

· выбор типа алгоритма трассировки (волновой, лучевой, канальный алгоритмы)

· приведение в соответствие ширины использования проводников и типов контактных площадок

· выбор ширины печатных проводников

3) запуск трассировки, запись результатов и ручная коррекция при необходимости результата трассировки

Волновой алгоритм

Х – занятая зона

1 – источник 2

13. Формирование выходной информации на печатной плате.

К выходной информации относят:

1) принципиальная электрическая схема

2) перечень используемых элементов (спецификация в виде текстового файла)

3) рисунок топологии печатной платы с размещенными элементами (рисунок должен совпадать с двух сторон)

Как правило, добавляется техническое задание и описание индивидуальных особенностей проекта.

Недостатки и достоинства P-CAD

- Сложно проектировать многослойные платы с высокой плотностью соединений

+ Одна из самых экономически выгодных по установке систем

+ Низкая цена системы

+ Установлена на множестве предприятий

Лекция 6

Этап конструкторского проектирования изделий ЭВТ

Включает три подэтапа:

1. компоновка конструктивно-функциональных модулей (кристалл и печатная плата)

2. размещение элементов на коммутационном поле (кристалл и печатная плата)

3. трассировка сигнальных соединений